[论文解读] Measurement of Exclusive B -> X_ulnu Decays with D^(*)lnu Decay Tagging

K. Abe|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文利用KEKB上Belle实验的140 fb⁻¹数据，对单个底夸克衰变B⁰ → π⁻ℓ⁺ν和B⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν进行了测量。通过采用半轻衰变B → D(∗)ℓν对伴随底介子进行标记，该分析实现了高信号纯度，并报告了分支比分别为(1.76 ± 0.28 ± 0.20 ± 0.03) × 10⁻⁴和(2.54 ± 0.78 ± 0.85 ± 0.30) × 10⁻⁴，结合格点QCD形式因子，实现了|Vub|的精确测定。

ABSTRACT

We report on a measurement of the charmless semileptonic B decays, B0->pi^-l^+nu and B0->rho^-l^+nu, based on 140 fb^{-1} data collected with the Belle detector at the KEKB e^+e^- asymmetric collider. In this analysis, accompanying B mesons are reconstructed from semileptonic B->D^(*)lnu decays, which enables us to detect the signal with high purity and with marginal statistics. We found branching fractions of Br(B0->pi^-l^+nu)=(1.76 \pm 0.28 \pm 0.20 \pm 0.03)10^{-4} and Br(B0->rho^-l^+nu)=(2.54 \pm 0.78 \pm 0.85 \pm 0.30)10^{-4}, where the errors are statistical, experimental systematic, systematic due to form-factor uncertainties. We present also the branching fractions in three q^2 intervals; q^2 < 8, 8 \leq q^2 < 16, q^2 \geq 16 GeV^2/c^2, for each decay mode. Based on these results, the magnitude of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix element V_{ub} is extracted. All of the presented results are preliminary.

研究动机与目标

• 通过高纯度测量单个无粲半轻衰变B⁰ → π⁻ℓ⁺ν和B⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν的分支比。
• 利用单个衰变模式提取Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵元|Vub|的大小。
• 通过结合实验结果与格点QCD形式因子计算，减少|Vub|测定中的理论不确定性。
• 报告三个q²区间（q² < 8，8 ≤ q² < 16，q² ≥ 16 GeV²/c²）的微分分支比，以促进与理论的比较。
• 比较单个与包含的|Vub|测定方法，解决两种方法之间长期存在的差异。

提出的方法

• 通过事件中伴随底介子经由半轻衰变B → D(∗)ℓν标记，重建信号B⁰介子，其衰变为B⁰ → Xᵤℓν（Xᵤ为π⁻或ρ⁻）。
• 该标记方法通过重建事件中的第二个底介子，显著降低了连续态过程带来的本底，从而实现高信号纯度。
• 分析采用运动学拟合方法重建信号衰变，通过施加已知的D(∗)质量及轻子能量约束，提升分辨率。
• 通过拟合信号末态的重建不变质量分布，提取分支比，系统误差通过控制样本和模拟进行评估。
• 使用格点QCD形式因子（包括冻结与非冻结形式）将测量的分支比与|Vub|关联，理论不确定性已纳入误差预算。
• 结果按三个q²区间报告，以允许与格点QCD计算进行比较，并探测形式因子不确定性最小化的高q²区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 单个B⁰ → π⁻ℓ⁺ν衰变的分支比是多少？其与格点QCD预测的比较结果如何？
• RQ2 B⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν衰变的分支比是多少？其对|Vub|测定的贡献如何？
• RQ3 三个q²区间内的微分分支比与格点QCD的理论预期相比如何？
• RQ4 单个衰变测量能否解决包含与单个|Vub|测定之间的差异？
• RQ5 形式因子不确定性对最终|Vub|提取的影响是什么？其量化方式如何？

主要发现

• B⁰ → π⁻ℓ⁺ν的分支比测量结果为(1.76 ± 0.28 ± 0.20 ± 0.03) × 10⁻⁴，误差来源包括统计误差、实验系统误差和形式因子不确定性。
• B⁰ → ρ⁻ℓ⁺ν的分支比测量结果为(2.54 ± 0.78 ± 0.85 ± 0.30) × 10⁻⁴，误差结构类似。
• 在高q²区域（q² ≥ 16 GeV²/c²），B⁰ → π⁻ℓ⁺ν的分支比为(0.67 ± 0.21 ± 0.15 ± 0.02) × 10⁻⁴，为|Vub|提取提供了清晰区域。
• 使用非冻结格点QCD形式因子时，基于高q²区域单个π⁻ℓ⁺ν衰变提取的|Vub|值与包含测定结果一致。
• 当使用现代非冻结格点QCD计算时，单个与包含|Vub|测定结果之间的差异显著减小，表明长期存在的分歧得到缓解。
• 该分析证明了D(∗)ℓν标记在实现高纯度单个B衰变测量方面的有效性，即使在统计样本有限的情况下亦具优势。